CN103031528A - 一种防指纹薄膜的制备方法及由该方法制备的防指纹薄膜 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防指纹薄膜的制备方法及由该方法制备的防指纹薄膜，所述方法采用磁控溅射在基材表面形成防指纹薄膜，所述磁控溅射采用的靶材为含氟有机物，磁控溅射过程中充入反应气体，所述反应气体为CF₄和N₂的混合气体。由本方法制备的防指纹薄膜含有F、C、N三种元素，且氟碳比大于或等于2:1。高氟碳比使薄膜具有优异的防污效果，同时本发明的薄膜具有透光率高，附着力强，耐磨性好的特点，适用于大尺寸触摸屏。

Description

一种防指纹薄膜的制备方法及由该方法制备的防指纹薄膜

技术领域

本发明属于薄膜材料制备领域，尤其涉及一种具有防指纹、油污功能的薄膜及其制备方法。

背景技术

触摸屏作为一种最新的输入技术，是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。

随着电子工业的发展，触摸屏的应用越来越广泛，从最初的小屏幕手机、MP3，到现在大尺寸屏幕的电脑、ATM、医疗、工业控制设备及显示器和电视机。特别是近两年， iPhone手机和ipad电脑的推出带动了触摸屏技术的发展，这一技术也正逐渐应用到其他的便携电子产品上。触摸屏在带来方便、舒适和快捷的同时，因使用过程中手指经常触碰屏幕表面留下指纹印和油污，不易清洗，时间一长就会影响屏幕的正常使用。手机、平板电脑日常用品的防指纹效果市场需求越来越强烈，因此寻求一种制备大尺寸防指纹薄膜的方法成了当务之急。

发明内容

为了克服现有技术中的触摸屏在使用过程中表面易粘留指纹印和油污的问题，本发明提供了一种防指纹薄膜的制备方法及用这种方法制备的防指纹薄膜，这种薄膜具有不粘指纹、防污效果好、光线透过率高的特点，同时，该薄膜在基材表面的附着力强、耐磨性好，且适用于大尺寸触摸屏。

本发明提供的防指纹薄膜的制备方法，采用磁控溅射在基材表面形成防指纹薄膜，所述磁控溅射采用的靶材为含氟有机物，磁控溅射过程中充入反应气体，所述反应气体为CF₄和N₂的混合气体。

本发明还提供了一种防指纹薄膜，所述薄膜采用磁控溅射的方法制得，所述磁控溅射以含氟有机物为靶材，且在溅射过程中充入CF₄和N₂的混合气体；本发明的防指纹薄膜含有F、C、N三种元素，且氟碳原子比大于或等于2:1。

用磁控溅射技术制备的防指纹薄膜其防指纹效果主要依据薄膜中氟原子和碳原子的比例大小，氟碳原子比例越大，防指纹效果越好，在以含氟有机物为靶材磁控溅射制备防指纹薄膜的过程中，靶材中的氟和碳被分解成氟原子和碳原子，然后以-CF，-CF₂，-CF₃形式沉积到基材上，形成氟碳防指纹膜，其氟碳比例根据沉积形式不同而不同。本发明的发明人通过多次试验发现，在磁控溅射的过程中通入一定混合比例的CF₄和N₂作为反应气体，显著提高了所制备的薄膜中的氟碳比例，其原因是氮的原子半径小于碳原子的半径，反应气体中氟原子和靶材中的氟原子更容易与N原子结合，形成氟氮键，降低了氟原子与碳原子结合的机率，从而降低了薄膜中碳原子含量，提高了氟碳比，最终提高了薄膜防指纹、油污的效果。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开的防指纹薄膜的制备方法，采用磁控溅射在基材表面形成防指纹薄膜，所述磁控溅射采用的靶材为含氟有机物，磁控溅射过程中充入反应气体，所述反应气体为CF₄和N₂的混合气体。通入反应气体时控制CF₄和N₂的流量比为0.1-1：1，且两种气体的流量均在100-500 sccm之间。磁控溅射使靶材中及反应气体中的原子沉积到基材表面，形成含有F、C、N三种原子的薄膜，在显著提高防指纹效果的同时具有较高的光线透过率和耐磨性，且附着力良好。所述基材可以是玻璃或金属。

本发明以含氟有机物作为靶材，所述含氟有机物可以为各种含氟有机物，例如可以是聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、含氟丙烯酸酯聚合物、十三氟辛基乙基硅烷聚偏氟乙烯中的一种或多种，优选情况下，所述靶材为氟碳比高的含氟有机物制成，本发明的具体实施例采用聚四氟乙烯为靶材。所述靶材通过如下方法制备得到：将聚四氟乙烯颗粒通过拌油、熟化，再经过装胚、出胚，并进行烧结成胚，经车削后得到靶材，上述拌油、熟化和烧结的方法为本领域技术人员所公知，例如所述拌油的方法可以将聚四氟乙烯颗粒与5wt%的石墨混合均匀；所述熟化方法可以为在250℃静置30min；所述烧结方法可以为330-380℃烧结30min。本发明所用的聚四氟乙烯靶材也可从市场上购得。

本发明采用的磁控溅射可以为各种方式的磁控溅射，例如可以采用射频磁控溅射。且可以采用现有的磁控溅射设备完成，例如本发明采用的是13.56MHz、3KW的射频电源作为工作电源的磁控溅射镀膜机（北京北仪真空JP-900A）完成。

本发明采用的磁控溅射的方法为将真空室抽真空至1.0×10^-2-8.0×10^-2Pa，然后充入反应气体，直至气压为0.1-3Pa，调整偏压为50-800V，占空比为20%-80%，以400-3000W的功率溅射8-15min。

优选情况下，所述磁控溅射在恒定的功率下进行。

在进行所述磁控溅射之前，还包括对玻璃基材进行超声波清洗处理。所述超声波清洗的方法为本领域常用的，例如在20KHz的超声中水洗10-25min。这样可以提高制得的防指纹薄膜在玻璃基材表面的附着力和透光率。

优选情况下，在进行磁控溅射之前还包括对玻璃基材进行离子轰击处理；所述离子轰击处理的方法为：将玻璃基材放置在磁控溅射仪的工件架上，将真空室抽真空至1.0×10^-2-8.0×10^-2 Pa，充入氩气，至真空室气压为0.1-5.0Pa，然后在偏压为200-1000V、占空比为20-80%的条件下轰击5-20min。更优选为将真空室抽真空至1.0×10^-2-8.0×10^-2 Pa，充入氩气，氩气的流量为200-500sccm。至真空室气压为0.5-3.0Pa，然后在偏压为400-800V、占空比为35-55%，溅射功率为400-3000W的条件下轰击8-15min。通过上述离子轰击处理，可大大提高后续制备得到的防指纹薄膜在玻璃基材表面的附着力和透光率。

利用上述方法即可制得本发明的防指纹薄膜，所述薄膜包括F、C、N三种元素，且氟碳原子比大于或等于2:1。本发明采用CF₄和N₂的混合气体作为反应气体，且CF₄和N₂的流量比为0.1-1：1。由于氮的原子半径小于碳原子的半径，反应气体中氟原子和靶材中的氟原子更容易与氮原子结合，形成氟氮键，降低了氟原子与碳原子结合的机率，从而降低了薄膜中碳原子含量，提高了氟碳比，氟碳比越高，薄膜防指纹和油污的效果越好。 

所述防指纹薄膜的厚度为10-30nm，可保证其具有优异的透光率和防指纹效果。优选情况下所述防指纹薄膜的厚度为15-30nm。

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1。

将玻璃基底在20KHz的超声仪器中水洗20min，将清洗后的玻璃基材放入磁控溅射仪的真空炉内，关闭炉门，开启真空泵进行抽真空，抽真空至10^-2Pa，通入氩气，氩气的流量为200 sccm，调整真空度为1.5Pa，在偏压为400V、占空比为35%，溅射功率为800W，对玻璃基底进行离子轰击处理，时间为5min。然后将预先制好的靶材放入真空室内，关闭炉门抽真空至真空度为10^-2Pa，通入反应气体CF₄和N₂，CF₄的流量为100 sccm，N₂的流量为330 sccm，调节CF₄和N₂比例为0.3：1，使真空度为0.8Pa，开启射频电源，靶电源功率为800W，偏压50V，占空比为20%，时间为15min。冷却3min后出炉。得到厚度为25nm的表面具有防指纹薄膜的样品A1。

实施例2。

将玻璃基底在20KHz的超声仪器中水洗20min，将清洗后的玻璃基材放入真空炉，关炉门，开启真空泵进行抽真空，抽真空至10^-2Pa，通入氩气，氩气的流量为250 sccm，调整真空度为1.5Pa，在偏压为500V、占空比为40%，溅射功率为600W，对玻璃基底进行离子轰击处理，时间为3min。然后将预先制好的靶材放入真空室内，关闭炉门抽真空至真空度为10^-2Pa，通入反应气体CF₄和N₂，CF₄的流量为300 sccm，N₂的流量为300 sccm，调节CF₄和N₂比例为1：1，使真空度为0.8Pa，开启射频电源，靶电源功率为1000W，偏压100V，占空比为30%，时间为8min。冷却3min后出炉。得到厚度为18nm的表面具有防指纹薄膜的样品A2。

实施例3。

将玻璃基底在20KHz的超声仪器中水洗20min，将清洗后的玻璃基材放入真空炉，关炉门，开启真空泵进行抽真空，抽真空至10^-2Pa，通入氩气，氩气的流量为280 sccm，调整真空度为1.5Pa，在偏压为550V、占空比为40%，溅射功率为700W，对玻璃基底进行离子轰击处理，时间为10min。然后将预先制好的靶材放入真空室内，关闭炉门抽真空至真空度为10^-2Pa，通入反应气体CF₄和N₂，CF₄的流量为240 sccm，N₂的流量为300 sccm，调节CF₄和N₂比例为0.8：1，使真空度为0.8Pa，开启射频电源，靶电源功率为1500W，偏压200V，占空比为70%，时间为10min。冷却3min后出炉。得到厚度为15nm的表面具有防指纹薄膜的样品A3。

实施例4。

将玻璃基底在20KHz的超声仪器中水洗20min，将清洗后的玻璃基材放入真空炉，关炉门，开启真空泵进行抽真空，抽真空至10^-2Pa，通入氩气，氩气的流量为300 sccm，调整真空度为1.5Pa，在偏压为650V、占空比为45%，溅射功率为900W，对玻璃基底进行离子轰击处理，时间为8min。然后将预先制好的靶材放入真空室内，关闭炉门抽真空至真空度为10^-2Pa，通入反应气体CF₄和N₂，CF₄的流量为100 sccm，N₂的流量为500 sccm，调节CF₄和N₂比例为0.2：1，使真空度为0.8Pa，开启射频电源，靶电源功率为1800W，偏压400V，占空比为80%，时间为10min。冷却3min后出炉。得到厚度为28nm的表面具有防指纹薄膜的样品A4。

实施例5。

将玻璃基底在20KHz的超声仪器中水洗20min，将清洗后的玻璃基材放入真空炉，关炉门，开启真空泵进行抽真空，抽真空至10^-2Pa，通入氩气，氩气的流量为500 sccm，调整真空度为1.5Pa，在偏压为600V、占空比为55.0%，溅射功率为1000W，对玻璃基底进行离子轰击处理，时间为15min。然后将预先制好的靶材放入真空室内，关闭炉门抽真空至真空度为10^-2Pa，通入反应气体CF₄和N₂，CF₄的流量为300 sccm，N₂的流量为500 sccm，调节CF₄和N₂比例为0.6：1，使真空度为0.8Pa，开启射频电源，靶电源功率为2500W，偏压500V，占空比为80%，时间为10min。冷却3min后出炉。得到厚度为30nm的表面具有防指纹薄膜的样品A5。

对比例1。 

制备方法与实施例2相同，不同的是，采用的反应气体中不含有N₂，即反应气体全部为CF₄，CF₄的流量为400 sccm，制备得到具有防指纹薄膜的样品B1。

对比例2。

制备方法与实施例2相同，不同的是，采用的反应气体中不含有CF₄，即溅射气体全部为N₂，N₂的流量为500 sccm，制备得到具有防指纹薄膜的样品B2。

性能测试。

对上述制备得到的样品A1、A2、A3、A4、A5、B1和B2进行如下性能测试。

1、透光率测试。

采用LCD-5200光电特性测试仪，扫描380-780nm波段，按照GBT 2680-1994公开的太阳光各波段分布特性，计算各样品以及玻璃表面针对可见光的透光率i。

2、接触角测试。

以接触角测量仪（德国Dataphysics公司生产的型号为OCA20；主要技术指标为：接触角测量范围：0-180°，测量精度：±0.1°）测定十六烷在样品表面的接触角，采用即滴即测的方式测试。

3、耐摩擦测试。

采用耐磨擦测试机（型号为HD-206），接触面为0000#钢丝绒，接触面积2cm×2cm，负重500g，行程35mm，摩擦速度为50循环/分。测试1000次后再进行接触角测试。

4、附着力测试。

用百格刀在漆层表面划100个1mm× 1mm的正方形格，用美国3M公司生产的型号为600的透明胶带平整粘结在方格上，不留一丝空隙，然后以最快速度垂直揭起，观察划痕边缘处有无薄膜脱落，测试薄膜的完好率。

以上测试得到的结果填入表1。

5、XPS测试。

    通过对样品进行XPS-X射线光电子能谱（型号为PHI5800）测试样品表面薄膜的F、C、N原子比。

表1 测试结果

从表1的测试结果可以看出，通过本发明公开的方法制备的防指纹薄膜具有非常高的接触角，说明其具有优异的防指纹、油污的效果，而且耐摩擦效果好，附着力强，透光率高。

Claims (10)

1.一种防指纹薄膜的制备方法，采用磁控溅射在基材表面形成防指纹薄膜，所述磁控溅射采用的靶材为含氟有机物，其特征在于：磁控溅射过程中充入反应气体，所述反应气体为CF₄和N₂的混合气体。

2.根据权利要求1所述的防指纹薄膜的制备方法，其特征在于：所述反应气体CF₄和N₂的流量比为0.1-1：1。

3.根据权利要求1所述的防指纹薄膜的制备方法，其特征在于：所述反应气体CF₄和N₂的流量均为100-500 sccm。

4.根据权利要求1所述的防指纹薄膜的制备方法，其特征在于：所述磁控溅射所用的靶材为聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、含氟丙烯酸酯聚合物、十三氟辛基乙基硅烷聚偏氟乙烯中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的防指纹薄膜的制备方法，其特征在于：所述磁控溅射的方法为：将真空室抽真空至1.0×10^-2-8.0×10^-2Pa，充入反应气体，直至气压为0.1-3Pa，调整偏压为50-800V，占空比为20%-80%，以400-3000W的功率溅射8-15min。

6.根据权利要求1所述的防指纹薄膜的制备方法，其特征在于，在进行所述磁控溅射之前，还包括对基材进行超声波清洗处理。

7.根据权利要求1所述的防指纹薄膜的制备方法，其特征在于，在进行所述磁控溅射之前，还包括对基材进行离子轰击处理。

8.一种防指纹薄膜，其特征在于：所述防指纹薄膜由权利要求1-7任意一项所述的方法制得。

9.根据权利要求8所述的防指纹薄膜，其特征在于，所述防指纹薄膜含有F、C、N三种元素，且氟碳原子比大于或等于2:1。

10.根据权利要求8所述的防指纹薄膜，其特征在于，所述在基材表面形成的防指纹薄膜厚度为10-30nm。